硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥和复合水泥
土木工程材料题库及答案
《土木工程材料》课程题库及参考答案2015.6.18绪论部分一、名词解释1、产品标准2、工程建设标准参考答案：1、产品标准：是为保证产品的适用性，对产品必须达到的某些或全部要求所指定的标准。
其范围包括：品种、规格、技术性能、试验方法、检验规则、包装、储藏、运输等。
建筑材料产品，如各种水泥、陶瓷、钢材等均有各自的产品标准。
2、工程建设标准：是对基本建设中各类的勘察、规划设计、施工、安装、验收等需要协调统一的事项所指定的标准。
与选择和使用建筑材料有关的标准，有各种结构设计规范、施工及验收规范等。
二、填空题1、根据组成物质的种类及化学成分，将土木工程材料可以分为、和三类。
2、我国的技术标准分为、、和四级。
参考答案：1、无机材料、有机材料、复合材料；2、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准三、简答题1、简述土木工程材料的发展趋势。
2、实行标准化的意义有哪些？3、简述土木工程材料课程学习的基本方法与要求以及实验课学习的意义。
参考答案：1、土木工程材料有下列发展趋势：1）高性能化。
例如研制轻质、高强、高耐久、优异装饰性和多功能的材料，以及充分利用和发挥各种材料的特性，采用复合技术，制造出具有特殊功能的复合材料。
2）多功能化。
具有多种功能或智能的土木工程材料。
3）工业规模化。
土木工程材料的生产要实现现代化、工业化，而且为了降低成本、控制质量、便于机械化施工，生产要标准化、大型化、商品化等。
4）生态化。
为了降低环境污染、节约资源、维护生态平衡，生产节能型、利废型、环保型和保健型的生态建材，产品可再生循环和回收利用。
2、实行标准化对经济、技术、科学及管理等社会实践有着重要意义，这样就能对重复性事物和概念达到统一认识。
以建筑材料性能的试验方法为例，如果不实行标准化，不同部门或单位采用不同的试验方法。
则所得的试验结果就无可比性，其获得的数据将毫无意义。
所以，没有标准化，则工程的设计、产品的生产及质量的检验就失去了共同依据和准则。
六大常用水泥特性
⑤耐蚀性较好
⑥干缩性较大
⑦泌水性大、抗渗性差
①凝结硬化慢、早期强度低，前期强度增长较快
②水化热较小
③抗冻性差
④耐热性较差
⑤耐蚀性较好
⑥干缩性较大
⑦抗渗性较好
①凝结硬化慢、早期强度低，前期强度增长较快
②水化热较小
③抗冻性差
④耐热性较差
⑤耐蚀性较好
⑥干缩性较小
⑦抗裂性较高
①凝结硬化慢、早期强度低，前期强度增长较快
②水化热较小
③抗冻性差
④耐蚀性较好
⑤其他性能与所掺人的两种或两种以上混杂伙料的种类、掺量
有关
六大经常使用水泥特性
之五兆芳芳创作
硅酸盐水泥
普通水泥
矿渣水泥
火山灰水泥
粉煤灰水泥
复合水泥
主
要
特
性
①凝结硬化快、早期强度高
②பைடு நூலகம்化热大
③抗冻性好
④耐热性差
⑤耐蚀性差
⑥干缩性较小
①凝结硬化较快、早期强度较高
②水化热较大
③抗冻性较好
④耐热性较差
⑤耐蚀性较差
⑥干缩性较小
①凝结硬化慢、早期强度低，前期强度增长较快
②水化热较小
③抗冻性差
水泥知识
水泥知识
1.建筑工程中通用水泥主要包括（硅酸盐水泥）、（普通水泥）、（矿渣水泥）、（火山灰水泥）、（粉煤灰水泥）和（复合水泥）六大品种。
2.水泥按其主要水硬性物质分为（硅酸盐水泥）、（铝酸盐水泥）、（硫铝酸盐水泥）、（氟铝酸盐水泥）及（铁铝酸盐水泥）等系列。
3.硅酸盐水泥是由（硅酸盐水泥水泥熟料）、（0～5%的石灰石或粒化高炉矿渣）、（适量石膏）经磨细制成的水硬性胶凝材料。
按是否掺入混合材料分为（Ⅰ型硅酸盐水泥）和（Ⅱ型硅酸盐水泥），代号分别为（P Ⅰ）和（PⅡ）。
4.硅酸盐水泥熟料的矿物主要有（C3S）、（C2S）、（C3A）和（C4AF）。
其中决定水泥强度的主要矿物是（C3S ）和（C2S ）。
5.水泥石是一种（多相多孔）体系。
水泥石由（凝胶体）、（晶体）、（水）、（孔隙）和（未水化水泥颗粒）组成。
6.水泥的细度是指（水泥颗粒的粗细程度），对于硅酸盐水泥，其细度的标准规定是其比表面积应大于（300㎡/㎏）；对于其它通用水泥，细度的标准规定是（过80m方孔筛，其筛余率不超过10%）。
7.硅酸盐水泥中MgO含量不得超过（5%）。
如果水泥经蒸压安定性试验合格，则允许放宽到（6%）。
SO3的含量不超过（3.5%）；硅酸盐水泥中的不溶物含量，Ⅰ型硅酸盐水泥不超过（0.75%），Ⅱ型硅酸盐水泥不超过（1.5%）。
8.国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝不早于（45）min，终凝不迟于（390）。
建筑材料 第五章 水泥
3CaO Al2 O3 6H 2 O 3CaO Al2 O3 6H 2 O
4CaO Al2O3 Fe2O3 7H 2O 3CaO Al2O3 6H 2O CaO Fe2O3 H 2O
纯水泥熟料磨细后，凝结时间很短， 不便使用。为了调节水泥的凝结时ห้องสมุดไป่ตู้，掺 入适量石膏，与反应最快的铝酸三钙作用 生成难溶的水化硫铝酸钙，覆盖于未水化 的铝酸三钙周围，阻止其继续快速水化。 适量石膏起缓凝作用。
试验仪器
水泥胶砂试件制备
水泥胶砂强度试验
GB规定
水泥各等级、各龄期的强度值(GB175—2007)
品种
强度等级
42.5
抗压强度(MPa) ≥
抗折强度(MPa) ≥
3d
17.0 22.0
28d
42.5 42.5
3d
3.5 4.0
28d
6.5 6.5
硅 酸 盐 水 泥
42.5R
52.5 52.5R 62.5
硅酸三钙(C3S) 硅酸二钙(C2S)
45%～60% 15%～30%
铝酸三钙(C3A)
铁铝酸四钙(C4AF)
6%～12%
6%～8%
硅酸盐水泥熟料矿物特性
矿物名称 C3S C2S C3A C4AF 密度 (g/cm3) 3.25 3.28 3.04 3.77 水化反应 速率 快 慢 最快 快 水化放热 量 大 小 最大 中 强度 高 耐腐蚀性 差 好 最差 中 干缩性 中 小 大 小
52.5
52.5
4.0
4.5
7.0
7.0
矿渣水泥的性能及应用 凝结硬化慢，早期强度低，后期强度 发展较快 抗软水、抗腐蚀能力强 水化热低 湿热敏感性强，适合蒸汽养护
六大常用水泥的主要特性
掺量有关
特别:矿渣水泥：耐热性好。火山灰水泥：抗渗性较好。粉煤灰水泥：抗裂性较好
小 ⑦抗裂性较
高
①凝结硬化 慢、早期强 度低、后期 强度增长较
快 ②水化热较
小 ③抗冻性差 ④耐蚀性较
好 ⑤其他性能 与所掺入的 两种或两种 以上混合材 料的种类、
掺量有关
特别:矿渣水泥：耐热性好。火山灰水泥：抗渗性较好。粉煤灰水泥：抗裂性较好
主要特性
六大常用水泥的主要特性
硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥
①凝结硬化 快、早期强
度高 ②水化热大 ③抗冻性好 ④耐热性差 ⑤干缩性较
小
①凝结硬化
①凝结硬化
快、早期强
度较高
②水化热较
大
③抗冻性较
好
④
耐热性较差
⑤干缩性较
小
慢、早期强 度低,后期强 度增长较快 ②水化热较
小 ③抗冻性差 ④耐热性较
好 ⑤干缩性较
大 ⑥泌水性大
、抗渗性差
①凝结硬化 慢、早期强 度低、后期 强度增长较
小 ③抗冻性差 ④耐热性较
好 ⑤干缩性较
大 ⑥泌水性大
、抗渗性差
①凝结硬化 慢、早期强 度低、后期 强度增长较
快 ②水化热较 ③抗冻性差 ④耐热性较
差 ⑤耐蚀性较
好 ⑥干缩性较
好 ⑦抗渗性较
好
①凝结硬化 慢、早期强 度低、后期 强度增长较
快 ②水化热较
小 ③抗冻性差 ④耐热性较
差 ⑤耐蚀性较
好 ⑥ 干缩性较
快 ②水化热较 ③抗冻性差 ④耐热性较
差 ⑤耐蚀性较
水泥、混凝土、砌体强度表示方法
水泥、混凝土、砌体强度表示方法1 水泥水泥标号是按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，强度以KGF/ CM2 计。
硅酸盐水泥、普通水泥的强度龄期为3 D、28 D ，矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的强度龄期为3 D、7 D、28 D。
强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法》（GB177 85）（简称GB 法，此标准已于1999 年5 月1 日废止）执行。
各类水泥的强度共设275、325、425、425R、525、525R、625、625R 和725R 九个标号。
强度等级：水泥强度等级也按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，唯强度以MPA 计。
各类水泥的强度龄期统一为3 D、28 D。
强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》（GB/ T17671 1999）（简称ISO 法，此标准于1999 年5 月1 日实施）执行。
常用各类水泥的强度共设32. 5 、32. 5R、42. 5 、42. 5R、52. 5 、52. 5R、62. 5 和62. 5R 八个等级。
相应的产品新标准是《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175 1999）、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344 1999）和《复合硅酸盐水泥》（GB12958 1999）。
这三项标准于1999 年12 月1 日起实施。
考虑水泥生产、检验及使用方面的实际情况，规定了为期1 年的过渡期。
过渡期内新老标准的水泥并行，从而实现平稳过渡。
标号与强度等级：水泥强度从标号到强度等级的变化，主要是由于采用了不同的强度检验方法，即由GB 法改为ISO 法。
这是国水泥标准为向国际标准靠拢并与其保持一致做出的重大修改。
两种检验方法在胶砂组成（标准砂、灰砂比、水灰比）、搅拌方法、振实成型方法、养护、加载速度、试验条件控制和仪器设备等方面有明显的差别。
经试验对比，老标准水泥采用GB 法和ISO 法的试验结果是：抗折强度差值不大，对水泥强度指标的影响可忽略不计；而抗压强度用ISO 法检验的则普遍较用GB 法检验的降低了大约一个强度等级。
水泥的标号及强度.
1水泥标号：水泥标号是按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，强度以kgf/ cm2计。
硅酸盐水泥、普通水泥的强度龄期为3 d、28 d，矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的强度龄期为3 d、7 d、28 d。
强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法》（GB177 85）（简称GB法，此标准已于1 999年5月1日废止）执行。
各类水泥的强度共设275、325、425、425R、525、525R、625、625R和725R九个标号。
强度等级：水泥强度等级也按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分，唯强度以MPa计。
各类水泥的强度龄期统一为3 d、28 d。
强度的检验方法按《水泥胶砂强度检验方法（ ISO法）》（GB/ T17 671 1999）（简称ISO法，此标准于1999年5月1日实施）执行。
常用各类水泥的强度共设32. 5、32. 5R、42. 5、42. 5R、52. 5、52. 5R、62. 5和62. 5R八个等级。
相应的产品新标准GB 175-20 07_通用硅酸盐水泥/Common portland cement.替代GB175-1999; GB1344-1999; GB12958-1999.实施日期：2008-06-01。
标号与强度等级：水泥强度从标号到强度等级的变化，主要是由于采用了不同的强度检验方法，即由GB法改为ISO法。
这是我国水泥标准为向国际标准靠拢并与其保持一致做出的重大修改。
两种检验方法在胶砂组成（标准砂、灰砂比、水灰比）、搅拌方法、振实成型方法、养护、加载速度、试验条件控制和仪器设备等方面有明显的差别。
经试验对比，老标准水泥采用GB法和ISO法的试验结果是：抗折强度差值不大，对水泥强度指标的影响可忽略不计；而抗压强度用ISO法检验的则普遍较用GB法检验的降低了大约一个强度等级。
如标号为425的水泥，其强度等级相当于32. 5。
就平均统计水平来看，标号与强度等级的关系大致是425号→32. 5级、525号→42. 5级、625号→52. 5级。
不同环境下的水泥选用
优先选用可以使用不宜使用
1 在普通气候环境中的混凝土普通水泥矿渣水泥、火山灰水泥粉煤灰水泥、复合水泥
2 在干燥环境中的混凝土普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥
3 严寒地区的露天混凝土，寒冷地区的处在水
位升降围内的混凝土
普通水泥矿渣水泥
火山灰水泥
粉煤灰水泥
4 严寒地区处在水位升降范围内的混凝土普通水泥（≥42.5级）矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥
5 有抗渗要求的混凝土普通水泥、火山灰水泥矿渣水泥
6 有耐磨性要求的混凝土普通水泥、硅酸盐水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥
7 要求快硬早强的混凝土硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥
8 高强（大于C50级）的混凝土硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥
9 在高湿度环境中或长期处于水中的混凝土矿渣水泥、火山灰水泥
粉煤灰水泥、复合水泥
普通水泥
10 厚大体积的混凝土矿渣水泥、火山灰水泥
粉煤灰水泥、复合水泥
硅酸盐水泥
11 受侵蚀介质作用的混凝土矿渣水泥、火山灰水泥
粉煤灰水泥、复合水泥
硅酸盐水泥。
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水泥是一种粉末状材料，属于水硬性胶凝材料，是基本建 设中最重要的土木工程材料。广泛用于工业和民用建筑、道路、 桥梁、铁路、水利和国防等工程；用于生产各种类型的混凝土 及混凝土制品。我国的水泥产量已经达到 6 亿 t ，水泥品种也达 到了80余种。
水硬性
多样性 低成度和性质 细度 < 40μm 与水接触的表面积 凝结和硬化速度 大 高 性质 强度高
过细
>100μm
很大
小
很高
低
成本高
低
水泥的细度可用筛析法(80μm或45μm 方孔筛筛 余)和比表面积法(勃氏法)检验。 比表面积法是通过测量一定量空气通过水泥时 流速的变化来测定颗粒粒径分布情况。
GB 175－2006规定：硅酸盐水泥的比表 面积应大于300m2/kg，否则为不合格。
硅酸盐水泥主要水化产物
水化硅酸钙凝胶C-S-H——约占70%
氢氧化钙晶体CH——约占20%
水化硫铝酸钙晶体（AFt和AFm）——约占7%
水化铁酸一钙凝胶CFH
水化铝酸三钙晶体C3AH6
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
立磨
2 孰料的烧成
旋风筒 预热 连接管道
分解炉 回转窑
冷却机
分解 烧成
冷却
二、熟料矿物组成及特性
水泥熟料矿物组成
组成
硅酸三钙 硅酸二钙
化学分子式
3CaO· SiO2 2CaO· SiO2
缩写
C3S C2S
铝酸三钙
铁铝酸四钙
3CaO· Al2O3
4CaO· Al2O3· Fe2O3
C3A
C4AF
简写：CaO—C， SiO2 —S， Al2O3 —A， Fe2O3 —F， H2O—H
除上述四种主要熟料矿物外，硅酸盐水泥中还含有
f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。
硅酸盐水泥熟料矿物特性
矿物种类 缩写 含量（%） 水化速度 水化热 硅酸三钙 C 3S 37-60 快 多 硅酸二钙 C2S 15-37 慢 少 铝酸三钙 C3A 7-15 最快 最多 铁铝酸四钙 C4AF 10-18 快 较多
硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工 艺
石灰石 粘土 铁矿粉 磨细 生 料 熟 1400～1450℃ 料 石膏
煅烧
石灰石或 粒化矿渣
磨细
硅 酸 盐 水 泥
生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种
1 生料的制备
包括生料的配合、粉磨与均化
管球磨
T
喂料 成品 Q 开路系统
Q
F
闭路系统
3.1 硅酸盐水泥
一、硅酸盐水泥的概念及生产工艺
国标 GB175-2006 规定：凡由硅酸盐水泥熟料、 0~5% 的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料称为硅酸盐水泥，也称波特兰水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P· I；
掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称为II型硅酸盐水泥，代号P•II。
潜伏期
凝结期
硬化期
凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬 化石状体密实空间网
水泥石结构
未水化水泥颗粒 水化产物－晶体、胶体 毛细孔、毛细孔水 凝胶孔
硬化前
毛细孔－未被水化产物所 填充的原充水空间 凝胶孔－C-S-H内部的结 构孔 水泥石是多相（固、液、 气）多孔体系，水泥石的 工程性质取决于水泥石的 结构组成，即决定于水化 物的类型和相对含量、内 部孔的大小、形状和分布 状态。
强度
高
早低后高
低
低
三、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化
(一) 熟料矿物的水化反应
硅酸三钙
3CaO· SiO2+H2O→3CaO· 2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2
水化硅酸钙凝胶C3S2H3
氢氧化钙晶体CH
硅酸二钙 铝酸三钙
2CaO· SiO2+H2O→3CaO·2SiO2· 3H2O+Ca(OH)2 3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O
比表面积测定仪
(二) 凝结时间
CaSO4· 2H2O+3CaO· Al2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 3CaSO4· 31H2O
高硫型水化硫铝酸钙晶体
当石膏消耗完后 ，部分高硫型水化硫铝酸 钙 ( 又称钙矾石 AFt) 转变为低硫型水化硫铝酸钙晶体 AFm(3CaO· Al2O3· CaSO4· 12H2O ，即 )。 C 3AS H12
耐久性
工艺简单
按水泥的化学成分，分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水 泥、硫铝酸盐系水泥等； 按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 通用水泥就是各类工程中常用的六大品种水泥 (硅酸 盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水 泥和复合水泥)； 专用水泥主要有砌筑水泥、道路水泥、油井水泥等；
特性水泥主要有快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、喷射水 泥、抗硫酸盐水泥等。
(二) 凝结硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑 性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去 可塑性的过程。
硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明
显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。
凝结硬化过程
初始反应期 初始的溶解和水化，约持续5-10 分钟。 流动性可塑性好凝胶体膜层围绕 水泥颗粒成长，1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥 颗粒进一步水化，6h。多孔的空 间网络—凝聚结构，失去可塑性
未水化水 泥颗粒
水 C-S-H 钙矾石 氢氧化钙 硬化后
(三) 影响水泥水化硬化的因素
熟料矿物组成
石膏掺量
强 度
细度
温度和湿度
养护时间
3 7
28 龄期 d
56
四、硅酸盐水泥的技术要求
(一) 细度
水泥的细度指水泥的粗细程度或分散度。细度决定了水泥 与水接触的表面积。从而影响水泥的水化、凝结速度和性质。
水化铝酸三钙晶体C3AH6
铁铝酸四钙
4CaO· Al2O3· Fe2O3+H2O→3CaO· Al2O3· 6H2O+CaO· Fe2O3· H2 O
水化铁酸钙凝胶CFH
石膏调节凝结时间的原理
石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体
（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形 成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来， 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在 水泥中起调节凝结时间的作用。